CN108499737A - 一种用于电除尘器斜气流循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电除尘器斜气流循环装置，包括设在电除尘器箱体两端的进口喇叭和出口喇叭，在电除尘器进口喇叭内设置有与气流运动方向垂直的气流分布板，在电除尘器出口喇叭内设置有竖向槽形板，在电除尘器进口喇叭的底部设置有回流管道，回流管道上设置有循环风机；通过调整烟气回流比，使得对应回流比满足电除尘器斜气流廓线的偏流系数小于0.15m/s。本发明烟气回流循环系统在实现部分烟气强制回流，增加含尘气流在电场中的停留时间的同时，还在电场区形成了斜气流，改善电场区粉尘浓度分布，充分发挥了电除尘器的除尘潜能，提高除尘效率。

Description

一种用于电除尘器斜气流循环装置

技术领域

本发明属于工业电除尘领域，具体涉及一种电除尘器内斜气流分布、气流循环装置。

背景技术

气流分布是影响电除尘器除尘效率的重要因素之一，由于气流分布可以通过适当的导流装置、分布装置和强制鼓风或抽风来进行调控，并且具有工作量小，经济易行，不受场地制约的优势，在电除尘器设计、改造过程中经常被重点加以利用，以保证更好的除尘效果。国内外的研究表明，气流在电除尘器电场进口处采用上部流速低下部流速高，在出口处采用上部流速高下部流速低的分布方式，即斜气流技术，能够改善电除尘器内部各断面粉尘浓度分布，减少二次扬尘，增加气流在电场中的停留时间，从而提高除尘效率。目前电除尘器斜气流分布多利用各种各样的导流板和气流分布板来实现，无论导流板还是气流分布板，单一使用的效果并不理想。另外，于力、李国栋等人公开了一种斜气流控制电除尘器(发明专利号：200720026751.6)，利用末电场顶部抽风和进口喇叭底部鼓风方式，强制改变气流廓线，从而形成斜气流，但是这种方式的缺点很明显，进口鼓风使得电除尘器的处理气量增加，鼓入的常温空气使得电除尘器内烟气温度下降，一旦烟气温度低于酸露点，就会加剧设备和管道的腐蚀，出口抽风会使得部分净化过的烟气直接排放到大气中，而这部分烟气并没有经过进一步的处理，依然会造成粉尘和其他有害污染物的逃逸。然而，利用烟气回流循环系统，可以避免上述问题带来的不利影响。同时，在电除尘器的出口喇叭内设置槽形板，可以对电场未能收集的微细粉尘和二次扬尘等进行再次捕集，进一步提高电除尘器的除尘效率。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种电除尘器内斜气流分布、气流循环装置。该装置在实现部分烟气强制回流，增加含尘气流在电场中的停留时间的同时，还在电场区形成了斜气流，改善电场区粉尘浓度分布，充分发挥了电除尘器的除尘潜能，提高除尘效率。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种用于电除尘器斜气流循环装置，包括一个卧式电除尘器箱体，所述电除尘器箱体的两端分别设有电除尘器进口喇叭和电除尘器出口喇叭，在所述电除尘器进口喇叭内设置有与气流运动方向垂直的气流分布板，在电除尘器出口喇叭内设置有竖向槽形板，在电除尘器进口喇叭的底部设置有回流管道，回流管道上设置有循环风机，电除尘器箱体的下方设有对粉尘进行收集的灰斗，通过调整电除尘器回流管道气体回流循环的风速，使得对应回流比满足电除尘器斜气流廓线的偏流系数小于0.15m/s。

在以上技术方案基础上，还可以有以下进一步改进方案：

进一步，所述电除尘器进口喇叭为上下左右侧板相互焊接围成的两端开口的方形椎体箱；气流分布板在电除尘器进口喇叭内竖直分布。

进一步，所述气流分布板为2～3层，所述气流分布板上均布有呈阵列分布的气孔，气流分布板的开孔率为30％～60％。

进一步，所述气流分布板为多孔板、X形孔板或锯齿板。

进一步，当气流分布板为多孔板时，气流分布板上安装有导流片，导流片与气流分布板间的角度为45°，导流片数量与间距可调。

进一步，所述电除尘器出口喇叭内设置的竖向槽形板为1～2排，按照竖向均匀分布，相邻两排错开布置；竖向槽形板为轻型槽钢。

进一步，调整电除尘器回流管道气体回流循环的风速为5～15m/s，电除尘器箱体的长高比为2:1时的回流比为4.5％～8％，电除尘器斜气流廓线的偏流系数小于0.15m/s。

进一步，对于长高比为2:1的电除尘器箱体，控制电除尘器中心处气流速度矢量与水平方向的夹角α的值为1.1°～1.9°时，可以形成较佳的斜气流流型。

进一步，斜气流流型通过下述流函数ψ计算确定：

式中，Ψ为流函数；Q为点源，m³/s；l为电除尘器箱体长度，m；h为电除尘器箱体高度，m；u₀为气流速度，m/s；n为点汇的个数；i为点源的个数。

进一步，斜气流在x和y方向上的分速度u_x、u_y通过下式计算：

式中，u_x为长度方向分速度，m/s；u_y为高度方向分速度，m/s。

本发明的有益效果是：

首先，利用该装置进口喇叭内设置的气流分布板和导流片，使进口主气流呈水平均匀分布。

其次，气体回流循环系统实现部分烟气强制回流，可以实现斜气流，增加含尘气流在电场中的停留时间，改善电场区粉尘浓度分布，可有效提高电除尘器的除尘效率。同时该装置通过调整电除尘器回流管道气体回流循环的风速可实现在电除尘器内电场中间区域满足平面无旋流动，仅在与边壁接触的部分,由于空气与边壁之间的摩擦,会产生旋涡及三维流动,但对于整个电除尘器的流线和速度场影响不大，电场主体呈平行斜气流流型。

再有，出口槽形板调节出口气流分布以及对粉尘二次捕集，可以充分发挥电除尘器的除尘潜能，进一步提高除尘效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别为本发明三块气流分布板的主视图、左视图、俯视图、分布板(一)的局部放大图和分布板(二)的局部放大图；

图3(a)、(b)、(c)分别为本发明的出口竖向槽形板的主视图、左视图和俯视图；

图4为源流和汇流示意图；

图5为等强度两源流示意图；

图6为l＝2h时的斜气流流场图；

图7为l＝2h时的复合斜气流流场图。

图中：1、电除尘器进口喇叭；2、气流分布板；3、导流片；4、电除尘器箱体；5、阀门；6、回流管道；7、循环风机；8、竖向槽形板；9、电除尘器出口喇叭。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。

如图1所示，本发明的一种用于电除尘器斜气流循环装置，包括一个卧式电除尘器箱体4，电除尘器箱体4的两端分别设有电除尘器进口喇叭1和电除尘器出口喇叭9，在电除尘器进口喇叭1内设置有与气流运动方向垂直的气流分布板2，在电除尘器出口喇叭9内设置有竖向槽形板8，在电除尘器进口喇叭1的底部设置有延伸至电除尘器箱体4尾部到顶部的回流管道6，回流管道6上设置有阀门5和循环风机7。

其中，电除尘器进口喇叭1为上下左右侧板相互焊接围成的两端开口的方形椎体箱；电除尘器气体回流循环系统的回流管道为矩形或方形管道，电除尘器箱体4的鼓风口和抽风口与电除尘器进口喇叭1和电除尘器出口喇叭9的方形椎体箱法兰连接。除尘器出口喇叭内的竖向槽形板8为轻型槽钢。气流分布板2在电除尘器进口喇叭1内垂直于气流方向竖直分布。电除尘器气体回流循环系统的循环风机为功率合适的普通风机或变频风机。电除尘器气体回流循环系统的阀门为截止阀。电除尘器箱体4的下方设有对粉尘收集的灰斗。

在电除尘器进口喇叭1的底部和电除尘器末电场顶部之间设置烟气回流循环系统，循环系统由回流管道6，阀门5，循环风机7以及连接所用的法兰、垫片等配件组成。回流循环系统是该装置的核心，回流比是控制斜气流的关键，根据所需的斜气流角度确定回流比。

如图2(a)-图2(e)所示，在电除尘器进口喇叭1内设置气流分布板2，气流分布板2为2～3层，气流分布板2上均布有呈阵列分布的气孔，气流分布板为多孔板、X形孔板或锯齿板。当气流分布板为多孔板时，气流分布板2的开孔率为30％～60％。在靠近电除尘器箱体4的两块气流分布板上安装导流片3，导流片3与气流分布板2间的角度为45°，导流片数量与间距可调。

如图3(a)、3(b)、3(c)所示，电除尘器出口喇叭9内设置的竖向槽形板8为1～2排，竖向槽形板为8轻型槽钢按照竖向均匀分布，相邻两排错开布置。

选用变频循环风机，将本装置的回流管道气体回流循环的风速的设计流速为5～15m/s，电除尘器的长高比为2:1时，对应回流比分别为4.5％～8％，满足电除尘器斜气流廓线的偏流系数小于0.15m/s。

本发明还可以通过调整烟气回流比，实现电除尘器电场区气流不同的倾斜角度。当电除尘器中心处气流速度矢量与水平方向的夹角α的值为1.1°～1.9°时，典型五电场电除尘器(长高比为2:1)可以形成较佳的斜气流流型，斜气流流型可改善电场区粉尘浓度分布，有效提高了电除尘器的除尘效率。

对于不同的烟气和粉尘特性，不同的电除尘器结构形式，气流速度矢量与水平方向夹角α的大小也不同，通过调节回流比的大小，均可在电除尘器内实现较佳的斜气流廓线。

本发明的工作原理是：

1.气流流型

一种用于电除尘器斜气流技术的循环装置，其主要特点在于利用末电场顶部抽风和进口喇叭底部鼓风方式来实现电场区气流的平行倾斜流动，即斜气流流型。将鼓风口和抽风口简化为xoy平面内，坐标为(-l,0)处的一个强度为Q的源和坐标为(0,h)处有一个强度为-Q的汇，如图4所示。如果存在流函数Ψ满足：(1)x轴，y轴，平行于x轴相距为h和平行于y轴相距为l的各轴都是流线且可以用固体壁面来代替；(2)由源流出的流量中有且只有1/4流入汇。则可以利用该流函数Ψ计算出斜气流的流型。

根据流体力学，在xoy平面内位于原点(0,0)处有点源Q，则流函数为：

设在xoy平面内有两个等强度的点源Q在x轴上，对称分布于原点两侧，距离原点为l，如图5所示,则叠加后的流函数为：

当y＝0时，Ψ＝0，当x＝0时，Ψ＝0。表明x轴和y轴均为流线，且等于0，原点(0,0)为奇点。

在x轴上，每相距2l布置一等强度的源，使x轴成为一条线源，这就相当于无数个源叠加为一条线源，其流函数为:

此时，平行于y轴，且与每个源相距为l的轴均为流线。

同样地，在y轴上，每相距2h布置一等强度的汇，使y轴成为一条线汇，这就相当于无数个汇叠加为一条线汇，其流函数为：

此时，平行于x轴，且与每个源相距为h的轴均为流线。

根据以上分析，在xoy平面内，在x轴两侧每相距2h布置一线源，在y轴两侧每相距2l布置一线汇，且源汇强度相等，则叠加后的流函数为：

显然，公式(5)表达的流函数Ψ就是电场内斜气流的流函数。当-l<x<0,0<y<h时，取-10<i<10，-10<n<9，按公式计算流函数，将Ψ值相等的点连线，即为斜气流的流场。图6为l＝2h两种情况下的斜气流流场图。

假设经过气流分布板和导流片调整后，电除尘器进口主气流为水平均匀气流，气流速度为u₀，则水平气流与回流气流叠加后的流函数为：

当0<x<l，0<y<h时，取-10<i<10，-10<n<9,Q/2π＝1，u₀＝1m/s，按公式计算流函数，将Ψ值相等的点连线，即为复合斜气流的流场。图7为l＝2h两种情况下的复合斜气流流场图。

2.速度场

将公式(5)中的流函数分别对y和x求偏导，得到斜气流在x和y方向上的分速度：

而

若取Q/2π＝1，-10<i<10,-10<n<9，根据公式(7)、(8)、(9)可计算得到不同尺寸电场内各点斜气流的速度分布。目前，五电场电除尘器由于除尘效率与经济性较好，被广泛应用于除尘领域。以五电场电除尘器为例，计算典型五电场电除尘器(长/高＝2/1)内各点斜气流的速度分布如表1。

将公式(6)中的流函数分别对y和x求偏导，得到复合斜气流在x和y方向上的分速度：

Ψ为流函数；Q为点源，m³/s；l为电除尘器箱体长度，m；h为电除尘器箱体高度，m；u₀为气流速度，m/s；n为点汇的个数；i为点源的个数。u_x为长度方向分速度，m/s；u_y为高度方向分速度，m/s。

若取Q/2π＝1，u₀＝1m/s，-10<i<10,-10<n<9，根据公式(9)、(10)、(11)可计算得到典型五电场电除尘器(长/高＝2/1)内各点电除尘器内斜气流速度分布如表1，复合斜气流的速度分布如表2。

表1电除尘器内斜气流速度分布单位：m/s

表2电除尘器内复合斜气流速度分布单位：m/s

3.斜气流评价标准

(1)偏流系数评价标准

斜气流技术的关键是确定进出口速度的最佳倾斜角度，G.Hein引入了一种二维计算模型，采用网格划分的方法研究电除尘器进口与出口气流流速分布发生改变时其运行性能的变化。该计算模型具体方法为：假设气流是二维无粘性流体，且从进口到出口气流速度为线性变化，以收尘极左下角为原点建立坐标系，根据从进口到出口流速线性化的定义可以计算出电场内任一点的水平风速。

式中：u(x，y)——任一点的水平速度；

u₁——进口断面顶部水平流速，m/s；

u₂——进口断面底部水平流速，m/s；

u₃——出口断面顶部水平流速，m/s；

u₄——出口断面底部水平流速，m/s；

h——收尘极板总高度，m；

l——收尘极总长度，m。

C.Andersson和L.Lind提出，选择出口气流流速的要点在于底部气流流速应该低，顶部气流流速应该高，且最高点气流流速为断面平均值的1.3倍。选取进口断面顶部流速u₁＝0.78m/s，进口断面底部流速u₂＝1.22m/s，出口断面顶部流速u₃＝1.22m/s，出口断面底部流速u₄＝0.78m/s来计算斜气流流速廓线目标值。取理想气流流速廓线的偏流系数作为评定标准，具体方法为：每个水平行均除以断面平均风速后减去目标值，它们的差值再乘以断面平均风速，数值小于0.15m/s的认为合格。即：

其中：u_i——第i水平平均速度；

——断面平均速度；

m_i——第i水平目标值。

设定主流速度u₀为1m/s，鼓风口和抽风口的面积为电场截面积的1/20，近似认为靠近源(-l,0)和汇(0,h)的气流速度等于鼓风口和抽风口的气流速度。当回流比为5％时，鼓风口和抽风口气流速度为1m/s，计算电除尘器(长/高＝2/1)内各点斜气流的流速廓线目标值(不包含电场边界)见表3，各点偏流系数见表4。

表3电除尘器内斜气流流速廓线目标值(回流比＝5％)单位：m/s

表4电除尘器内斜气流偏流系数(回流比＝5％)

从上述计算表可以看出，当回流比为5％时,垂直方向上流速分布理论计算数据与理想斜气流流速廓线的目标值拟合性很好，整个断面纵向流速分布已具有了斜气流的气流分布趋势，垂向偏差也基本符合小于0.15m/s的评定标准，各个断面的水平流速分布相对均匀。

通过进一步计算电除尘器在不同回流比情况下的复合斜气流流速廓线值，再进行斜气流评定，可得出典型五电场电除尘器(长/高＝2/1)的较佳斜气流廓线的回流比约为4.5％～8％。

(2)气流夹角α评价标准

设定主流速度u₀为1m/s，鼓风口和抽风口的面积为电场截面积的1/20，近似认为靠近源(-l,0)和汇(0,h)的气流速度等于鼓风口和抽风口的气流速度。当回流比为4.5％时，鼓风口和抽风口气流速度为0.9m/s，当回流比为8％时，鼓风口和抽风口气流速度为1.6m/s，分别计算典型五电场电除尘器(长/高＝2/1)内各点斜气流的倾斜角度α分布(不包含电场边界)如表5和表6；

表5电除尘器内斜气流倾斜角度α分布(回流比＝4.5％)单位：度

表6电除尘器内斜气流倾斜角度α分布(回流比＝8％)单位：度

从上述计算表可以看出，当当α的值为1.1°～1.9°时，典型五电场电除尘器(长/高＝2/1)可以形成较佳的斜气流。因此，可用电除尘器中心处气流速度矢量与水平方向的夹角α作为评价指标。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，包括一个卧式电除尘器箱体(4)，所述电除尘器箱体(4)的两端分别设有电除尘器进口喇叭(1)和电除尘器出口喇叭(9)，在所述电除尘器进口喇叭(1)内设置有与气流运动方向垂直的气流分布板(2)，在电除尘器出口喇叭(9)内设置有竖向槽形板(8)，在电除尘器进口喇叭(1)的底部设置有回流管道(6)，回流管道(6)上设置有循环风机(7)；电除尘器箱体(4)的下方设有对粉尘进行收集的灰斗；通过调整电除尘器回流管道(6)气体回流循环的风速，使得对应回流比满足电除尘器斜气流廓线的偏流系数小于0.15m/s。

2.根据权利要求1所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，所述电除尘器进口喇叭(1)为上下左右侧板相互焊接围成的两端开口的方形椎体箱；气流分布板(2)在电除尘器进口喇叭(1)内竖直分布。

3.根据权利要求1所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，所述气流分布板(2)为2～3层，所述气流分布板(2)上均布有呈阵列分布的气孔，气流分布板(2)的开孔率为30％～60％。

4.根据权利要求1所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，所述气流分布板(2)为多孔板、X形孔板或锯齿板。

5.根据权利要求4所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，当气流分布板(2)为多孔板时，气流分布板(2)上安装有导流片(3)，导流片(3)与气流分布板(2)间的角度为45°，导流片数量与间距可调。

6.根据权利要求1所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，所述电除尘器出口喇叭(9)内设置的竖向槽形板(8)为1～2排，按照竖向均匀分布，相邻两排错开布置；竖向槽形板(8)为轻型槽钢。

7.根据权利要求1所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，调整电除尘器回流管道(6)气体回流循环的风速为5～15m/s时，电除尘器箱体(4)的长高比为2:1时的回流比为4.5％～8％，电除尘器斜气流廓线的偏流系数小于0.15m/s。

8.根据权利要求1所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，当电除尘器箱体(4)中心处气流速度矢量与水平方向的夹角α的值为1.1°～1.9°时，电除尘器箱体(4)的长高比为2:1，可以形成斜气流流型。

9.根据权利要求8所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，斜气流流型通过下述流函数ψ计算确定：

式中，Ψ为流函数；Q为点源，m³/s；l为电除尘器箱体长度，m；h为电除尘器箱体高度，m；u₀为气流速度，m/s；n为点汇的个数；i为点源的个数。

10.根据权利要求9所述的一种用于电除尘器斜气流循环装置，其特征在于，斜气流在x和y方向上的分速度u_x、u_y通过下式计算：

式中，u_x为长度方向分速度，m/s；u_y为高度方向分速度，m/s。